微程序控制器的构成
微程序控制器(ppt16).pptx
。2020年9月6日星期日上午9时58分34秒09:58:3420.9.6
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T H E E N D 15、会当凌绝顶，一览众山小。2020年9月上午9时58分20.9.609:58September 6, 2020
16、如果一个人不知道他要驶向哪头，那么任何风都不是顺风。2020年9月6日星期日9时58分34秒09:58:346 September 2020
➢ 将一条指令分成若干条微指令，按次序执行 这些微指令，就可以实现指令的功能。
➢ 组成微指令的微操作命令就是微命令。 ➢ 微命令执行的结果就是完成微操作。
计算机组成原理 第五章 中央处理器 微程序控制器
➢微程序控制器的工作原理 ➢微指令：同时发出的控制信号所执行的
一组微操作。
计算机组成原理 第五章 中央处理器 微程序控制器
➢微命令：控制器发出的指挥机器执行微 操作的命令。
➢微指令：在一个CPU周期中，一组实现 操作功能的的微命令的组合。
• 例如：加法指令的执行可分为：取指、计算 地址、取操作数和加法运算四步，每一步都 由一组微操作实现。这一组能同时执行的微 操作就构成一条微指令。
计算机组成原理 第五章 中央处理器 微程序控制器
➢相容性微命令： 在同一个CPU 周期中，可以 同时执行的微 操作命令。
➢相斥性微命令：
在同一个CPU
相 斥
周期中，不能
同时执行的微
操作操作。
相 斥
相 斥
计算机组成原理 第五章 中央处理器 微程序控制器
➢不能在一条微指令中将微命令全部发完。
➢微程序：计算机每条指令的功能均由微指 令序列解释完成，这些微指令序列的集合 就叫做微程序。
R1
1
控制器原理与CPU组织—微程序控制器原理
5.5 微程序控制器原理
5.5.2 微程序控制器组成原理
IR PSW
地址转移逻辑
(微地址形成
状态
电路)
AR
地址译码
微命令序列
译码器
微命令字段 微地址字段 IR
控制存储器 CM
4
5.5 微程序控制器原理
IR PSW
微地址 形成电路
微命令序列
译码器 微命令字段 微地址字段 µIR
PC
微地址寄存器
13
5.5 微程序控制器原理
5.5.4 CPU周期与微指令周期的关系
13
5.5 微程序控制器原理
5.5.5 机器指令与微指令的关系 ☺ 一条机器指令对应一段微程序，由微指令解释
执行 ☺ 机器指令与内存M有关，微指令与控制存储器
CM有关 ☺ 每个CPU周期对应一条微指令
14
5.5 微程序控制器原理
CPU方式(触发器C=0) 微指令 I/O方式(触发器C=1)
15 16 17
C = 0 QC
15 16 17
C = 1 QC’
全加器运算方式控制 通道专J用CC操’作方式控制
（4）其他编码方法
1) 微指令译码与机器指令译码复合控制
例. 机器指令
微指令
寄存器号
寄存器传A
译码器
R1
译码器
001
A门
RA 22
微操作是计算机中最基本的操作，由于数据 路、逻辑功能的关系，微操作可以分为相容 性的和相斥性的微操作： •相容性的微操作
能同时并行执行的微操作 •相斥性的微操作
不能同时并行执行的微操作
5.5 微程序控制器原理
图中相斥性的微操作有： ( + 、 – 、 M ) ( 4、 6、 8 ) ( 5、 7、 9 ) 图中相容性的微操作有： 1、2、3 (4、6、8) 与 (5、7、9)两组中各取一个任意组合
微程序控制器的基本原理
微程序控制器的基本原理1、控制存储器：控制存储器是微程序控制器中的核心部件，通常由只读存储器ROM 器件实现，简称控存。
2、微指令：控制存储器中的一个存储单元（字）表示了某一条指令的某一操作步骤的控制信号，以及下一步骤的有关信息，称该字为微指令。
作用：准确提供了指令执行中的每一步要用的操作信号及下一微指令的地址。
3、微程序：全部微指令的集合称为微程序。
4、微程序控制器的基本工作原理：根据IR（指令寄存器）中的操作码，找到与之对应的控存中的一段微程序的入口地址，并按指令功能所确定的次序，逐条从控制存储器中读出微指令，以驱动计算机各部件正确运行。
5、得到下一条微指令的地址的有关技术：要保证微指令的逐条执行，就必须在本条微指令的执行过程中，能得到下一条微指令的地址。
形成下条微指令地址（简称下地址）可能有下列五种情况：①下地址为本条微指令地址加1；②微程序必转某一微地址，可在微指令中给出该微地址值；③根据状态标志位，选择顺序执行或转向某一地址；④微子程序的调用及返回控制，要用到微堆栈；⑤根据条件判断转向多条微指令地址中的某一地址，比③更复杂的情况。
如：若C=1，转移到A1 微地址；若S=1，转移到A2 微地址；若Z=1，转移到B1 微地址；这种情况，在微指令中直接给出多个下地址是不现实的，应找出更合理的解决方案。
微指令的格式和内容：下地址字段控制命令字段补充：微指令编码的方法（1）直接表示法（水平型微指令）：操作控制字段中的每一位带代表一个微操作控制信号。
如教学实验计算机的微指令56位（2）编码表示法（垂直型微指令）：把一组相斥性的微命令信号组成一个小组，通过小组字段译码器对每一个微命令信号进行译码。
（3）混合表示法：将直接表示法与编码表示法相混合使用。
下地址字段的内容得到下地址的方法由指令操作码得到微指令顺序执行微指令必转或条件转移多路微地址转移微子程序调用和返回按次数循环一段微程序在微指令下地址字段中表示清楚:使用哪种方法哪个判断条件，要用的有关地址等，并用专门电路完成必要支持和处理微指令的下地址是微程序设计中要重其它：如特定入口微地址点解决的问题之一，技术、技巧性强应学得好些微程序定序器Am2910芯片的组成与功能①功能：在微程序控制器中，Am2910用于形成下一条微指令地址。
计算机原理6.10微程序控制器
计算机原理6.10微程序控制器1、微程序控制器基本思想硬布线：同步逻辑、繁、快、贵、难改⼀条指令多个时钟周期⼀个时钟周期⼀个状态⼀个状态对应⼀组并发信号微程序：存储逻辑、简、慢、廉、易改将并发信号事先存储为微指令⼀条指令对应多条微指令状态等同于存储器地址2、微程序控制器⼯作原理微程序是利⽤软件⽅法来设计硬件的技术将完成指令所需的控制信号按格式编写成微指令，存放到控制存储器 ⼀条机器指令对应⼀段微程序（多条微指令） 指令取指执⾏--》微程序的执⾏---》执⾏多条微指令--》依次⽣成控制信号存储技术和程序设计相结合，回避复杂的同步时序逻辑设计3、单总线结构CPU主要部件都连接在总线上各部件间通过总线进⾏传输4、单总线CPU微指令构造操作控制字段：存储操作控制信号 每⼀位对应⼀个控制信号，也称微命令，可同时给出多个操作信号顺序控制字段：⽤于控制微程序的执⾏顺序 判别逻辑为零，下⼀条微指令地址从下址字段获取，否则按约定规则⽣成。
5、程序、微程序、指令、微指令对应关系5、微程序控制器组成原理框图（下址字段）指令寄存器IR是微程序控制器的最基本的输⼊，它将指令的操作码送到⼀个地址转移逻辑中，⽣成不同指令的微程序⼊⼝地址，每⼀条指令完成取指令以后，要进⼊到不同的执⾏状态，或者说要进⼊到不同的微程序⼊⼝地址，有了⼊⼝地址之后，再经过⼀个多路选择器进⾏选择，有可能是⾛不同指令的⼊⼝地址，也有可能是直接由微指令字的下址字段给出来的下址部分，到底要⾛哪个，由判别字段来选择，判别字段为1的时候，则⾛微程序⼊⼝地址，判别字段为零，则执⾏下⼀条微指令，得到正确的微地址后，送⼊到⼀个微地址寄存器中，微地址寄存器受时钟控制，每来⼀个时钟，对应的微地址寄存器就会重新更新地址，通过微地址寄存器，微地址输⼊到控制存储器（控存），控制存储器是⽤来存储微程序的，所以控制存储器得到⼀个微地址后，就会得到⼀条微指令，将微指令进⾏解析，⼀部分⽤来形成下址字段，⼀部分形成判别字段，⼀部分形成微操作控制字段，微操作控制字段会产⽣操作控制信号，这些信号会送到对应的功能部件，这些信号不需要执⾏，只需要连接到对应控制部件的控制执⾏点就可以了。
简述单总线结构cpu微程序控制器的设计方法
单总线结构CPU微程序控制器的设计方法引言单总线结构是一种常见的CPU设计结构，它采用单一的总线用于处理器内部各个模块之间的通信。
而微程序控制器作为CPU的核心部件之一，负责解析和执行指令，对CPU的性能和功能有着重要影响。
本文将详细探讨单总线结构CPU微程序控制器的设计方法。
单总线结构CPU概述单总线结构的CPU由运算器、存储器和控制器等模块组成，这些模块通过一个总线连接起来。
其工作原理如下： 1. 当一个指令被加载到指令寄存器中后，控制器将解析指令，并发出相应的控制信号。
2. 运算器根据控制信号和操作数执行运算，并将结果存储到指定的寄存器或内存位置。
3. 控制器根据指令的执行情况，更新程序计数器并加载下一条指令。
微程序控制器设计方法微程序控制器是控制器的核心组成部分，它是利用微指令序列来控制CPU工作的。
设计一个高效可靠的微程序控制器需要以下几个步骤：1. 确定指令集和指令格式首先需要确定CPU的指令集和指令格式。
指令集包括所支持的操作和寻址方式，指令格式决定了指令的位数和组成方式。
这两个因素将会直接影响到微程序控制器的设计。
2. 划分微指令的类型和功能根据指令集的特点和指令格式的复杂程度，可以将微指令划分为不同的类型和功能。
例如，可以将微指令分为访存指令、运算指令和跳转指令等，每个类型的微指令负责不同的操作。
3. 设计微指令的编码和存储方式微指令的编码方式是决定微程序控制器性能和灵活性的关键。
可以采用硬编码方式，将每一条微指令都映射到一个唯一的编码，或者采用微程序存储器进行编码。
微程序存储器可以是只读存储器（ROM）或可编程存储器（PROM、EPROM、EEPROM等），用于存储微指令序列。
4. 设计微程序控制器的逻辑电路根据指令集和微指令的类型、功能以及微指令的编码和存储方式，可以设计微程序控制器的逻辑电路。
这包括微指令的解码电路、控制信号的生成电路等。
在设计微程序控制器时，需要考虑指令的执行顺序、冲突检测和异常处理等情况。
多选 微程序控制单元的基本框架
微程序控制单元的基本框架一、概述微程序控制单元是计算机系统中的一个重要部件，它负责指挥和协调计算机系统中的各个部件进行工作。
微程序控制单元的基本框架对于计算机系统的运行效率和性能起着至关重要的作用。
本文将围绕微程序控制单元的基本框架展开讨论，包括其组成要素、结构特点、工作原理等方面，以期能够为相关研究提供一定的参考和指导。
二、微程序控制单元的组成要素1.控制存储器微程序控制单元的控制存储器是其最重要的组成部分之一，其作用是存储微指令序列，控制计算机系统的各个部件进行工作。
控制存储器的设计和实现直接影响到微程序控制单元的性能和可靠性。
目前，常见的控制存储器包括RAM、ROM等类型，其容量和速度都是影响微程序控制单元性能的重要因素。
2.微指令译码器微指令译码器是微程序控制单元的另一个重要组成部分，其作用是将控制存储器中存储的微指令序列解码为控制信号，驱动计算机系统的各个部件进行工作。
微指令译码器的设计和实现需要考虑到微指令的格式和编码方式，以确保能够正确地识别和执行微指令序列。
3.状态机微程序控制单元中的状态机是一个用来管理和维护微程序执行状态的重要组成部分，其作用是根据计算机系统的工作状态来执行相应的微指令序列。
状态机的设计和实现需要考虑到计算机系统的工作模式和转换规则，以确保能够正确地控制计算机系统的工作流程和状态转换。
4.控制逻辑微程序控制单元的控制逻辑是一个用来执行微指令序列的重要组成部分，其作用是根据微指令译码器解码出的控制信号来驱动计算机系统的各个部件进行工作。
控制逻辑的设计和实现需要考虑到微指令的执行顺序和并发规则，以确保能够正确地控制计算机系统的各个部件进行协调工作。
三、微程序控制单元的结构特点1. 程序存储器与数据存储器分离微程序控制单元的结构特点之一是其程序存储器和数据存储器是分离的，这样能够提高计算机系统的灵活性和可靠性。
程序存储器用来存储微指令序列，控制计算机系统的工作流程和状态转换；数据存储器用来存储计算机系统的运算数据和中间结果，支持计算机系统的数据处理和传输。
微程序控
11
12 13
0
0 1
0
0 0
0
0 0
0
0 0
0
0 0
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0 0
0
0 0
0
0 0
1
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1
1 0
0
0 0
0
0 0
00111
10000 00000
微地址03的下地址位01111，说明应该是根据指令操作码来形 成。即下地址的低3位是指令操作码 。高2位为01因此LOAD指 令的开始地址是01000（也可以用其他形成方式） Load 01 000 store 01 001 Add 01 010 Sub 01 011 Bne 01 100 地址12的下地址，也要根据运算器的结果是否位“0”来判断， 所以其下地址设为10000，以决定下地址是13还是14 至于控制信号何时为“1”
--CPU 头文件 cpu_defs LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; PACKAGE cpu_defs IS --定义程序包，包头，包体 TYPE opcode IS (load, store, add, sub, bne);--这个语句适合于定义一些用 std_logic 等不方便定义的类型，综合器自动实现枚举类型元素的编码，一般将第一个枚 举量（最左边）编码为0 CONSTANT word_w: NATURAL :=8; CONSTANT op_w: NATURAL :=3; CONSTANT rfill: STD_LOGIC_VECTOR(op_w-1 downto 0):=(others =>'0'); --FUNCTIOn slv2op(slv:IN STD_LOGIC_VECTOR) RETURN opcode; FUNCTION op2slv(op:in opcode) RETURN STD_LOGIC_VECTOR; END PACKAGE cpu_defs; PACKAGE BODY cpu_defs IS TYPE optable IS ARRAY(opcode) OF STD_LOGIC_VECTOR(op_w-1 DOWNTO 0);--数组有5个元素，其他均0 CONSTANT trans_table:optable :=("000", "001", "010", "011", "100"); FUNCTION op2slv(op:IN opcode) RETURN STD_LOGIC_VECTOR IS BEGIN RETURN trans_table(op); END FUNCTION op2slv;
4-1[1].2.3微程序控制器
![4-1[1].2.3微程序控制器](https://img.taocdn.com/s3/m/7041ba1bfc4ffe473368ab2b.png)
IR
数据总线 地址总线 2000
0 401 0001 E709 2007 1280 44FA 8F00 78BD 4275
控制总线 MOV [2007], R9
AR←PC ←
接口
器
2007
PC ← PC+1 IR← ← AR←PC PC ← PC+1 AR← ,数 数 ←R9+0
输入指令
读取指令 ① ②
运算器
C Z V S
控制器
程序计数器
ALU
3041
乘 商 寄 存 器
1234 6688
2000
PC AR
器
控制信号 产生部件
生器 数
器
R9
器
. 用于运算器
IR
数据总线 地址总线 2000
0001 E709 2007 1280 44FA 8F00 78BD
控制总线
接口
器
2007
指令执行步骤简单的文字描述
练习与作业
练习： 练习：P236 6.16 作业： 作业： 1.若某机主频为 若某机主频为200MHZ，每个指令周期平均为 若某机主频为 ， 2.5CPU周期，每个 周期， 周期平均包括2个主频周 周期 每个CPU周期平均包括 个主频周 周期平均包括 期，问： （1）该机平均指令执行速度为多少 ）该机平均指令执行速度为多少MIPS？ ？ （2）若主频不变，但每条指令平均包括 个CPU周 ）若主频不变，但每条指令平均包括5个 周 每个CPU周期又包括 个主频周期，求平均 周期又包括4个主频周期 期，每个 周期又包括 个主频周期， 指令执行速度？ 指令执行速度？ 2.P236 6.15
2004 1280 IN 80 2005 44FA JR C, 800 2006 8F00 RET
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微程序控制器的构成
微程序控制器是一种用于控制计算机操作的高级硬件设备。
它由微程序存储器和微指令控制逻辑组成，可以根据指令的要求执行相应的操作。
在本文中，将详细介绍微程序控制器的构成及其作用。
一、微程序存储器
微程序存储器是微程序控制器的核心部件，用于存储一系列微指令。
微指令是一种非常简单的指令，由一组二进制位组成，用于控制计算机的各种操作。
微程序存储器的容量决定了微指令的数量，也决定了微程序控制器能够执行的操作种类。
二、微指令控制逻辑
微指令控制逻辑是微程序控制器的控制部分，它根据微指令的内容和计算机的状态来控制计算机的操作。
微指令控制逻辑通常包括微指令译码器、微指令计数器和状态寄存器等部件。
微指令译码器负责将微指令的二进制位解码为具体的控制信号，用于控制计算机各个部件的操作。
微指令计数器用于记录当前执行的微指令的地址，以便按照顺序执行微指令。
状态寄存器用于记录计算机的状态，例如指令执行完成、中断请求等。
三、指令译码器
指令译码器是微程序控制器的重要组成部分，它负责将指令解码为微指令。
指令译码器根据指令的操作码、寻址方式等信息来确定对
应的微指令，并将其发送给微程序存储器执行。
指令译码器的设计要兼顾指令的多样性和指令执行的效率，以提高计算机的整体性能。
四、时序控制器
时序控制器是微程序控制器的重要组成部分，它负责控制计算机各个部件的时序。
时序控制器根据微指令的执行顺序和计算机的状态来发出相应的时钟信号，以保证各个部件按照正确的顺序和时机执行操作。
五、数据通路
数据通路是微程序控制器的重要组成部分，它负责数据的传输和处理。
数据通路通常包括寄存器、运算器、数据选择器等部件。
寄存器用于暂存数据，运算器用于执行算术和逻辑运算，数据选择器用于选择不同的数据源。
微程序控制器的作用是将指令解码为各种微操作，然后控制计算机的各个部件按照微操作的要求执行相应的操作。
微程序控制器的优点是灵活性高，可以支持多种指令和操作，且易于扩展和维护。
而且，微程序控制器的设计与实现相对简单，能够提高计算机的执行效率和可靠性。
总结起来，微程序控制器由微程序存储器、微指令控制逻辑、指令译码器、时序控制器和数据通路等部件组成。
它的作用是将指令解码为微操作，并控制计算机的各个部件按照微操作的要求执行相应
的操作。
微程序控制器的设计和实现对于提高计算机的性能和可靠性具有重要意义。